一種電壓切換電路的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種電壓切換電路，用于控制功率放大器中柵極負(fù)偏壓器件的柵極電壓的快速切換。包括前、后端濾波電路以及開關(guān)電路，所述開關(guān)電路僅包括兩個用于電流調(diào)節(jié)的電阻、一個P溝道的開關(guān)管和一個N溝道的開關(guān)管、以及一個用于電壓調(diào)節(jié)的電位器，結(jié)構(gòu)簡單、元器件數(shù)量較少；通過信號控制源控制兩個開關(guān)管的導(dǎo)通或截止以及調(diào)節(jié)電位器的阻值，使輸出電壓在柵極負(fù)偏壓器件的截止電壓和最佳工作電壓之間切換；相比于現(xiàn)有技術(shù)，本技術(shù)方案提供的電壓切換電路對功率放大器的射頻性能沒有影響，可實現(xiàn)柵極負(fù)偏壓器件的柵極電壓的快速切換，能夠很好地實現(xiàn)功率放大器的發(fā)射和靜噪控制，具有電壓切換速度快、時延短、可靠性高、成本低廉的優(yōu)勢。
【專利說明】一種電壓切換電路

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及功率放大器【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種電壓切換電路。

【背景技術(shù)】
[0002]在通信相關(guān)系統(tǒng)中，功率放大器是主要的耗能單元，因此在不發(fā)射功率時，應(yīng)切斷功率放大器射頻放大鏈路的電源，使其處于靜噪狀態(tài)；而當(dāng)需要發(fā)射功率時，又要能快速加電并輸出功率，尤其是在某些特殊應(yīng)用中，例如反恐和無線電管理等部門，需要對某些可疑的無線電信號進(jìn)行偵查、跟蹤或壓制，以達(dá)到電磁控制的目的。如果對象是跳頻信號，系統(tǒng)中的功率放大器就需要在發(fā)射和靜噪之間進(jìn)行快速切換，以滿足偵查時的低噪環(huán)境要求。
[0003]上述特殊用途中的功率放大器具有工作頻率寬、輸出功率大、效率高等特點(diǎn)，目前主要米用GaAs FET (即GaAs Field Effect Transistor,砷化嫁場效應(yīng)管)、LDMOS (即Laterally Diffused Metal Oxide Semiconductor,橫向擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體)、GaNHEMTs (即GaN High Electron Mobility Transistor,氮化嫁高電子遷移率晶體管)，其中LDMOS為柵極正偏壓器件，主要應(yīng)用于1000MHz以下的寬帶功放中，頻率更高后很難實現(xiàn)寬帶功能；而GaAs FET以及GaN HEMTs為柵極負(fù)偏壓器件，工作頻率很寬，能達(dá)到4?5GHz，其中GaAs FET的輸出功率較低，基本在幾瓦到幾十瓦量級，主要用于放大器的前級，而GaN功率管由于其寬禁帶、高導(dǎo)熱、高電子密度和電子飽和速度的特點(diǎn)，在整個射頻微波頻段內(nèi)具備優(yōu)異的性能，可輸出百瓦以上的功率，并且效率高、擊穿電壓高、溫度穩(wěn)定性好，因此在寬帶功率放大器中得到越來越廣泛的應(yīng)用。
[0004]根據(jù)功率管的不同，功率放大器的發(fā)射和靜噪控制電路是不一樣的，對于GaAsFET、GaN HEMTs等柵極負(fù)偏壓器件，現(xiàn)有方法是保持柵極電壓穩(wěn)定在工作點(diǎn)不變，在功放管漏極串聯(lián)大電流的開關(guān)管，通過控制開關(guān)管的開啟和斷開實現(xiàn)功放的發(fā)射和靜噪功能。如圖1所示，開關(guān)管V的源級S端與輸入電壓源Vd IN連接，漏極D端連接?xùn)艠O負(fù)偏壓功率管的漏極端Vd 0UT，柵極G端與電阻R/、R’2的連接端相連，所述電阻R/的另一端接入輸入電壓源Vd IN，所述電阻1?’2的另一端與開關(guān)K連接；其中開關(guān)管V為大功率P溝道MOS FET開關(guān)管。當(dāng)開關(guān)K閉合時，所述開關(guān)管V的柵極電壓低于源級電壓，所述開關(guān)管V導(dǎo)通，功率管漏極加電；當(dāng)開關(guān)K斷開時，所述開關(guān)管V的柵極電壓等于源級電壓，所述開關(guān)管V截止，功率管漏極電壓為O。
[0005]圖1所示的柵極負(fù)偏壓功率管的漏極的開關(guān)電路至少具有如下缺點(diǎn):
[0006]當(dāng)柵極負(fù)偏壓功率管的輸出功率很大時，所述功率管的漏極電流可能達(dá)到10A以上，此時所述開關(guān)管的柵極的寄生電容會達(dá)到幾千皮法，在開關(guān)導(dǎo)通和截止時由于存在寄生電容的充放電效應(yīng)，導(dǎo)致開關(guān)管的速度較低，開關(guān)延時達(dá)到幾十微秒，從而在功率放大器的高速跳頻應(yīng)用中影響系統(tǒng)的偵查和壓制時間，降低系統(tǒng)的效能。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明提供了一種電壓切換電路，用于控制功率放大器中柵極負(fù)偏壓器件的柵極電壓的快速切換，以解決現(xiàn)有電路在進(jìn)行電壓切換時存在較長時間延遲的問題。
[0008]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實現(xiàn)的:
[0009]本發(fā)明實施例提供了一種電壓切換電路，用于控制功率放大器中柵極負(fù)偏壓器件的柵極電壓的快速切換；所述電壓切換電路從供電電壓Vin到輸出電壓Vout之間依次連接有:前端濾波電路、開關(guān)電路以及后端濾波電路，所述輸出電壓Vout用于連接?xùn)艠O負(fù)偏壓器件的柵極端。其中，
[0010]所述開關(guān)電路包括電阻Rl、R2，電位器RP1，P溝道的開關(guān)管V1、N溝道的開關(guān)管V2 ；
[0011 ] 所述開關(guān)管Vl的源極端連接信號控制源T/R，所述信號控制源T/R用于控制所述開關(guān)管Vl以及所述開關(guān)管V2的導(dǎo)通或截止；
[0012]所述開關(guān)管Vl的漏極端連接所述開關(guān)管V2的柵極端，所述開關(guān)管Vl的柵極端接地；
[0013]所述開關(guān)管V2的漏極端連接所述電位器RPl的一端，所述電位器RPl的另一端接地；所述電位器RPl用于調(diào)節(jié)所述輸出電壓Vout的電壓；
[0014]所述電阻Rl和R2的一端相連，其連接端連接所述前端濾波電路的輸出端；
[0015]所述電阻Rl的另一端與所述開關(guān)管Vl的漏極端和所述開關(guān)管V2的柵極端的連接端相連；
[0016]所述電阻R2的另一端與所述開關(guān)管V2的源級端相連，其連接端連接所述后端濾波電路的輸入端。
[0017]當(dāng)所述電壓切換電路在靜噪狀態(tài)下，所述信號控制源T/R輸出低電平，所述開關(guān)管Vl和所述開關(guān)管V2截止，所述輸出電壓Vout的電壓等于所述供電電壓Vin的電壓，以輸出所述柵極負(fù)偏壓器件的截止電壓；
[0018]當(dāng)所述電壓切換電路在發(fā)射狀態(tài)下，所述信號控制源T/R輸出高電平，所述開關(guān)管Vl和所述開關(guān)管V2導(dǎo)通，調(diào)整所述電位器RPl的阻值以使所述輸出電壓Vout輸出所述柵極負(fù)偏壓器件的最佳工作電壓。
[0019]優(yōu)選的，所述供電電壓Vin設(shè)置為-5V ;所述信號控制源T/R輸出的低電平為0V，輸出的高電平為5V。
[0020]所述電阻Rl的阻值為20ΚΩ、所述電阻R2的阻值為200 Ω，所述電位器Rpl的最大阻值為500 Ω。
[0021]需要說明的是，在所述信號控制源T/R輸出高電平之前，需要調(diào)整所述電位器RPl的阻值為最大值。
[0022]優(yōu)選的，所述開關(guān)管Vl和所述開關(guān)管V2為MOS FET金屬-氧化層半導(dǎo)體場效晶體管。
[0023]優(yōu)選的，所述電阻Rl、R2，電位器RPl，開關(guān)管Vl和開關(guān)管V2全部為表貼封裝形式。
[0024]優(yōu)選的，所述前端濾波電路包括并聯(lián)的第一電容和第二電容；
[0025]所述第一電容為鉭電容，其正極端接地，負(fù)極端連接所述前端濾波電路的輸入端；所述第二電容為多層陶瓷電容，其一端連接在所述前端濾波電路的輸出端，另一端接地。
[0026]優(yōu)選的，所述后端濾波電路包括并聯(lián)的第三電容和第四電容，所述第三電容的容值大于所述第四電容的容值；
[0027]所述第三電容為多層陶瓷電容，其一端連接所述后端濾波電路的輸入端，另一端接地；所述第四電容為多層陶瓷電容，其一端連接在所述后端濾波電路的輸出端，另一端接地。
[0028]優(yōu)選的，所述柵極負(fù)偏壓器件包括GaAs功率管或GaN功率管。
[0029]本發(fā)明實施例的有益效果是:本發(fā)明實施例公開的電壓切換電路，包括前、后端濾波電路以及開關(guān)電路，所述開關(guān)電路僅包括兩個用于電流調(diào)節(jié)的電阻、一個P溝道的開關(guān)管和一個N溝道的開關(guān)管、以及一個用于電壓調(diào)節(jié)的電位器，結(jié)構(gòu)簡單、元器件數(shù)量較少；通過信號控制源控制兩個開關(guān)管的導(dǎo)通或截止以及調(diào)節(jié)電位器的阻值，使輸出電壓在柵極負(fù)偏壓器件的截止電壓和最佳工作電壓之間切換；相比于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明實施例提供的電壓切換電路對功率放大器的射頻性能沒有影響，可實現(xiàn)柵極負(fù)偏壓器件的柵極電壓的快速切換，能夠很好地實現(xiàn)功率放大器的發(fā)射和靜噪控制，具有電壓切換速度快、時延短、可靠性高、成本低廉的優(yōu)勢。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0030]圖1為一種切換柵極負(fù)偏壓器件的漏極電壓的開關(guān)電路原理圖；
[0031]圖2為本發(fā)明實施例提供的電壓切換電路的框圖；
[0032]圖3為本發(fā)明一實施例提供的電壓切換電路的原理圖；
[0033]圖4為本發(fā)明實施例提供的電壓切換電路從靜噪狀態(tài)轉(zhuǎn)為發(fā)射狀態(tài)下的時延曲線示意圖；
[0034]圖5為本發(fā)明實施例提供的電壓切換電路從發(fā)射狀態(tài)轉(zhuǎn)為靜噪狀態(tài)下的時延曲線示意圖。

【具體實施方式】
[0035]為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明實施方式作進(jìn)一步地詳細(xì)描述。
[0036]圖2為本發(fā)明實施例提供的一種電壓切換電路的框圖，用于控制功率放大器中柵極負(fù)偏壓器件的柵極電壓的快速切換。電壓切換電路從供電電壓Vin到輸出電壓Vout之間依次連接有:前端濾波電路21、開關(guān)電路22以及后端濾波電路23，即前端濾波電路21的輸入端連接供電電壓Vin，后端濾波電路23的輸出端連接輸出電壓Vout，輸出電壓Vout用于連接?xùn)艠O負(fù)偏壓器件的柵極端，開關(guān)電路22位于前端濾波電路21的輸出端和后端濾波電路23的輸入端之間；其中柵極負(fù)偏壓器件包括GaAs功率管或GaN功率管。
[0037]開關(guān)電路22包括用于電流調(diào)節(jié)的電阻R1、R2，用于電壓調(diào)節(jié)的電位器RP1，P溝道的開關(guān)管V1、N溝道的開關(guān)管V2 ；
[0038]開關(guān)管Vl的源極S端連接信號控制源T/R，信號控制源T/R用于控制開關(guān)管Vl以及開關(guān)管V2的導(dǎo)通或截止；
[0039]開關(guān)管Vl的漏極D端連接開關(guān)管V2的柵極G端，開關(guān)管Vl的柵極G端接地；
[0040]開關(guān)管V2的漏極D端連接電位器RPl的一端，電位器RPl的另一端接地；電位器RPl用于調(diào)節(jié)所述輸出電壓Vout的電壓；
[0041]電阻Rl和R2的一端相連，其連接端連接前端濾波電路21的輸出端；
[0042]電阻Rl的另一端與開關(guān)管Vl的漏極D端和開關(guān)管V2的柵極G端的連接端相連；
[0043]電阻R2的另一端與開關(guān)管V2的源級S端相連，其連接端連接后端濾波電路23的輸入端。
[0044]優(yōu)選的，所述開關(guān)管Vl以及開關(guān)管V2為MOS FET金屬-氧化層半導(dǎo)體場效晶體管，其成本低廉、尺寸小，整合度高的優(yōu)勢可以更有效的提高所述電壓切換電路的效能。
[0045]在實際應(yīng)用中，所述電阻Rl、R2為帶封裝的電阻，封裝形式包括金屬膜封裝、片式封裝、表貼封裝；所述電位器RPl為帶封裝的電位器，封裝形式包括玻璃釉封裝、表貼封裝；所述開關(guān)管Vl和開關(guān)管V2的封裝形式包括貼片封裝和表貼封裝；制作本電路的板材為Rogers4350B或NX9255板材，各個元器件之間用敷銅線連接；其中電阻Rl、R2優(yōu)選0402、0603,0805表貼封裝形式，電位器RPl優(yōu)選3224表貼封裝形式。
[0046]所述信號控制源T/R，用于控制所述開關(guān)管Vl以及所述開關(guān)管V2的導(dǎo)通或截止，具體地:
[0047]在靜噪狀態(tài)下，信號控制源T/R輸出低電平，開關(guān)管Vl和開關(guān)管V2截止，輸出電壓Vout的電壓等于供電電壓Vin的電壓；
[0048]在發(fā)射狀態(tài)下，信號控制源T/R輸出高電平，開關(guān)管Vl和開關(guān)管V2導(dǎo)通，調(diào)整所述電位器RPl的阻值以使所述輸出電壓Vout輸出所述柵極負(fù)偏壓器件的最佳工作電壓。
[0049]在一實施例中，電阻Rl的阻值為20ΚΩ、R2為200 Ω，所述電位器RPl的最大阻值為500 Ω。這樣在開關(guān)管Vl和V2導(dǎo)通時，電阻Rl能夠有效控制開關(guān)管Vl的漏極電流，電阻R2通過與電位器RPl的分壓，能夠有效控制電壓切換電路的輸出電流和輸出電壓Vout。
[0050]在另一實施例中，如圖3所示，前端濾波電路21包括并聯(lián)的第一電容Cl以及第二電容C2，用于對供電電壓Vin進(jìn)行濾波。后端濾波電路23包括并聯(lián)的第三電容C3和第四電容C4，其中第三電容C3的容值大于第四電容C4的容值，以便更好的對射頻電路進(jìn)行濾波。
[0051]其中，第一電容Cl為鉭電容，其正極端接地，負(fù)極端連接前端濾波電路21的輸入端；由于鉭電容體積小、電容量大，因此既能優(yōu)化所述電壓切換電路的使用空間又能有效濾除供電電壓Vin的紋波電壓；第二電容C2為多層陶瓷電容，其一端連接在所述前端濾波電路21的輸出端，另一端接地。
[0052]第三電容C3為多層陶瓷電容，其一端連接所述后端濾波電路23的輸入端，另一端接地；第四電容C4為多層陶瓷電容，其一端連接后端濾波電路23的輸出端，另一端接地。
[0053]在一具體實施例中，輸出電壓Vout連接GaN氮化鎵功率管的柵極端，GaN功率管的截止電壓Vg在-4V左右，供電電壓Vin的值比GaN功率的截止電壓Vg低I?2V，設(shè)為-5V，以確保GaN功率管的完全截止；信號控制源T/R輸出的低電平為0V，輸出的高電平為5V。
[0054]在靜噪狀態(tài)下，信號控制源T/R輸出低電平0V，開關(guān)管Vl截止，此時測試點(diǎn)電壓Vp = Vin = -5V,因此開關(guān)管V2截止，Vout = Vin = -5V,所述GaN功率管處于截止?fàn)顟B(tài)；
[0055]在發(fā)射狀態(tài)下，信號控制源T/R輸出高電平5V，開關(guān)管Vl導(dǎo)通，此時測試點(diǎn)電壓Vp = 5V，因而開關(guān)管V2導(dǎo)通，Vout為Vin通過電阻R2和電位器RPl的分壓，通過調(diào)節(jié)電位器RPl的阻值調(diào)節(jié)輸出電壓Vout的電壓，使所述GaN功率管處于最佳工作點(diǎn)；
[0056]通過控制信號控制源T/R輸出的高低電平信號，使輸出電壓Vout在-5V (完全截止電壓)和最佳工作點(diǎn)電壓之間快速切換。
[0057]需要說明的是，在信號控制源T/R輸出高電平之前，調(diào)整電位器RPl的阻值為最大值，避免因GaN功率管的工作電流過大而損壞。
[0058]圖4與圖5分別為本發(fā)明實施例提供的電壓切換電路從靜噪狀態(tài)轉(zhuǎn)為發(fā)射狀態(tài)和從發(fā)射狀態(tài)轉(zhuǎn)為靜噪狀態(tài)下的時延曲線示意圖，從圖中可以看出，當(dāng)電壓切換電路從靜噪狀態(tài)轉(zhuǎn)為發(fā)射狀態(tài)時，即信號控制源T/R從OV切換到5V過程中，輸出電壓Vout從截止電壓-5V上升至最佳工作點(diǎn)電壓的時延約為0.5微秒；
[0059]當(dāng)電壓切換電路從發(fā)射狀態(tài)轉(zhuǎn)為靜噪狀態(tài)時，即信號控制源T/R從5V切換到OV過程中，輸出電壓Vout從最佳工作點(diǎn)電壓下降為截止電壓-5V的時延約為I微秒，遠(yuǎn)低于現(xiàn)有技術(shù)中所需要的幾十微秒的開關(guān)時延。
[0060]綜上所述，本發(fā)明實施例公開的電壓切換電路，包括前、后端濾波電路以及開關(guān)電路，所述開關(guān)電路僅包括兩個用于電流調(diào)節(jié)的電阻、一個P溝道的開關(guān)管和一個N溝道的開關(guān)管、以及一個用于電壓調(diào)節(jié)的電位器，結(jié)構(gòu)簡單、元器件數(shù)量較少；通過信號控制源控制兩個開關(guān)管的導(dǎo)通或截止以及調(diào)節(jié)電位器的阻值，使輸出電壓在柵極負(fù)偏壓器件的截止電壓和最佳工作電壓之間切換；相比于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明實施例提供的電壓切換電路對功率放大器的射頻性能沒有影響，可實現(xiàn)柵極負(fù)偏壓器件的柵極電壓的快速切換，能夠很好地實現(xiàn)功率放大器的發(fā)射和靜噪控制，具有電壓切換速度快、時延短、可靠性高、成本低廉的優(yōu)勢。
[0061]以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并非用于限定本發(fā)明的保護(hù)范圍。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種電壓切換電路，用于控制功率放大器中柵極負(fù)偏壓器件的柵極電壓的快速切換；其特征在于，從供電電壓Vin到輸出電壓Vout之間依次連接有:前端濾波電路、開關(guān)電路以及后端濾波電路，所述輸出電壓Vout用于連接?xùn)艠O負(fù)偏壓器件的柵極端；其中， 所述開關(guān)電路包括電阻Rl、R2，電位器RPl，P溝道的開關(guān)管V1、N溝道的開關(guān)管V2 ； 所述開關(guān)管Vl的源極端連接信號控制源T/R，所述信號控制源T/R用于控制所述開關(guān)管Vl以及所述開關(guān)管V2的導(dǎo)通或截止； 所述開關(guān)管Vl的漏極端連接所述開關(guān)管V2的柵極端，所述開關(guān)管Vl的柵極端接地； 所述開關(guān)管V2的漏極端連接所述電位器RPl的一端，所述電位器RPl的另一端接地；所述電位器RPl用于調(diào)節(jié)所述輸出電壓Vout的電壓； 所述電阻Rl和R2的一端相連，其連接端連接所述前端濾波電路的輸出端； 所述電阻Rl的另一端與所述開關(guān)管Vl的漏極端和所述開關(guān)管V2的柵極端的連接端相連； 所述電阻R2的另一端與所述開關(guān)管V2的源級端相連，其連接端連接所述后端濾波電路的輸入端。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電壓切換電路，其特征在于， 在靜噪狀態(tài)下，所述信號控制源T/R輸出低電平，所述開關(guān)管Vl和所述開關(guān)管V2截止，所述輸出電壓Vout的電壓等于所述供電電壓Vin的電壓，以輸出所述柵極負(fù)偏壓器件的截止電壓； 在發(fā)射狀態(tài)下，所述信號控制源T/R輸出高電平，所述開關(guān)管Vl和所述開關(guān)管V2導(dǎo)通，調(diào)整所述電位器RPl的阻值以使所述輸出電壓Vout輸出所述柵極負(fù)偏壓器件的最佳工作電壓。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電壓切換電路，其特征在于，所述供電電壓Vin設(shè)置為-5V；所述信號控制源T/R輸出的低電平為0V，輸出的高電平為5V。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電壓切換電路，其特征在于，在所述信號控制源T/R輸出高電平之前，調(diào)整所述電位器RPl的阻值為最大值。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電壓切換電路，其特征在于，所述開關(guān)管Vl和所述開關(guān)管V2為MOS FET金屬-氧化層半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的電壓切換電路，其特征在于，所述電阻Rl的阻值為20ΚΩ、所述電阻R2的阻值為200 Ω，所述電位器RPl的最大阻值為500 Ω。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-6任一項所述的電壓切換電路，其特征在于，所述電阻Rl、R2，電位器RPl，開關(guān)管Vl和開關(guān)管V2全部為表貼封裝形式。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的電壓切換電路，其特征在于，所述前端濾波電路包括并聯(lián)的第一電容和第二電容； 所述第一電容為鉭電容，其正極端接地，負(fù)極端連接所述前端濾波電路的輸入端； 所述第二電容為多層陶瓷電容，其一端連接在所述前端濾波電路的輸出端，另一端接地。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的電壓切換電路，其特征在于，所述后端濾波電路包括并聯(lián)的第三電容和第四電容，所述第三電容的容值大于所述第四電容的容值； 所述第三電容為多層陶瓷電容，其一端連接所述后端濾波電路的輸入端，另一端接地； 所述第四電容為多層陶瓷電容，其一端連接在所述后端濾波電路的輸出端，另一端接地。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的電壓切換電路，其特征在于，所述柵極負(fù)偏壓器件包括GaAs功率管或GaN功率管。
【文檔編號】H03K17/56GK104393859SQ201410534944
【公開日】2015年3月4日 申請日期:2014年10月11日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月11日
【發(fā)明者】楊賢松 申請人:中國電子科技集團(tuán)公司第三十六研究所